Een nieuwe studie van de Harvard University onthult dat de beschermende stratosferische ozonlaag boven de centrale Verenigde Staten tijdens de zomermaanden kwetsbaar is voor erosie door ozonafbrekende chemische reacties, mensen blootstellen, vee en gewassen tegen de schadelijke effecten van UV-straling.

Krachtige stormsystemen die de Great Plains gemeen hebben, injecteren waterdamp die, met waargenomen temperatuurschommelingen, kan dezelfde chemische reacties veroorzaken boven de centrale Verenigde Staten die de oorzaak zijn van ozonverlies boven de poolgebieden, volgens een nieuw artikel gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De krant, onder leiding van James G. Anderson, de Philip S. Weld Professor of Atmospheric Chemistry aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), ontdekte dat stratosferische ozonconcentraties boven de Verenigde Staten in de zomer kwetsbaar zijn voor zowel toename van waterdamp als waargenomen temperatuurschommelingen door stormsystemen boven de Great Plains. Verhoogde frequentie en intensiteit van deze stormsystemen, evenals verlagingen van de stratosferische temperatuur op langere termijn, zullen naar verwachting de klimaatverandering begeleiden.

Met behulp van uitgebreide vliegtuigobservaties in de Arctische stratosfeer vanaf het begin van de jaren 2000, onderzoekers hebben het chemische raamwerk vastgesteld dat verbeterde ozonverliessnelheden definieert met betrekking tot temperatuur en waterdamp. Vervolgens gebruikten ze recente NEXRAD-weerradarwaarnemingen om aan te tonen dat elke zomer gemiddeld 4000 stormen de stratosfeer binnendringen boven de centrale Verenigde Staten, wat veel vaker voorkomt dan eerder werd gedacht.

Deze combinatie van omstandigheden plaatst de stratosfeer boven staten, waaronder Texas, Oklahoma, Kansas, Nebraska, Iowa, Missouri, de Dakota's en staten die grenzen aan de Great Plains, risico lopen op chemische reacties die de ozonlaag in de zomer aantasten, mogelijk leidend tot hogere niveaus van blootstelling aan schadelijk UV-licht van de zon.

"Deze ontwikkelingen waren niet eerder voorspeld en ze vertegenwoordigen een belangrijke verandering in de beoordeling van het risico van toenemende UV-straling boven de centrale VS in de zomer, " zei Mario J. Molina van de Universiteit van Californië in San Diego, de 1995 Nobelprijswinnaar in de stratosferische chemie, die niet bij dit onderzoek betrokken was.

Stratosferische ozon is een van de meest delicate aspecten van bewoonbaarheid op aarde. Er is slechts marginaal genoeg ozon in de stratosfeer om mensen te beschermen tegen UV-straling, dieren en gewassen. Medisch onderzoek specifiek voor de Verenigde Staten heeft vastgesteld dat een afname van 1 procent van de hoeveelheid ozon in de stratosfeer overeenkomt met een toename van 3 procent in de incidentie van menselijke huidkanker. Er worden nu alleen al in de VS 3,5 miljoen nieuwe gevallen van huidkanker per jaar gemeld. Dus, voor elke 1 procent reductie in ozon, er zouden er nog 100 zijn, 000 nieuwe gevallen van huidkanker per jaar in de Verenigde Staten.

"Onweersbuien die de stratosfeer hydrateren, kunnen aanzienlijke lokale en regionale gevolgen hebben voor het stralingsbudget en het klimaat van de aarde, " zei Cameron R. Homeyer van de Universiteit van Oklahoma, een mede-onderzoeker op het papier. "Dit werk demonstreert onze toenemende kennis van dergelijke stormen met behulp van waarnemingen op de grond en in de lucht en evalueert hun potentieel voor het afbreken van de ozon in de stratosfeer nu en in de toekomst. De resultaten motiveren sterk de behoefte aan meer meteorologische en chemische waarnemingen van dergelijke stormen."

"Elk jaar, scherpe verliezen van ozon in de stratosfeer worden geregistreerd in poolgebieden, traceerbaar tot chloor en broom toegevoegd aan de atmosfeer door industriële chloorfluorkoolwaterstoffen en halonen, " zei Steven C. Wofsy, de Abbott Lawrence Rotch Professor of Atmospheric and Environmental Science bij SEAS en co-auteur van de studie. "Het nieuwe artikel laat zien dat dezelfde soort chemie kan optreden boven de centrale Verenigde Staten, veroorzaakt door stormsystemen die water introduceren, of de volgende vulkaanuitbarsting, of door het gehalte aan kooldioxide in de atmosfeer te verhogen. We weten nog niet hoe dicht we bij het bereiken van die drempel zijn."

De wetenschappelijke gemeenschap heeft de chemische reacties waargenomen die in de winter ozon boven de poolgebieden aantasten, maar de belangrijke combinatie van waarnemingen die de oorzaak en de snelheid van het ozonverlies in de stratosfeer bepalen, is nooit in de zomer boven de centrale VS gedaan. Dit vertegenwoordigt een grote tekortkoming in het vermogen van onderzoekers om de toename van UV-straling te voorspellen die nu en in de komende jaren het gevolg kan zijn van een vulkanische gebeurtenis of klimaatverandering.

"In plaats van grootschalig ozonverlies op continentale schaal dat zich in de winter in de poolgebieden voordoet, bijvoorbeeld, door de term Antarctisch ozongat, omstandigheden boven de centrale VS in de zomer zijn heel anders, "zei Anderson. "In het bijzonder, vanwege de zeer frequente storm-geïnduceerde injectiegebeurtenissen gedetailleerd door studies aan Texas A&M en de Universiteit van Oklahoma met behulp van geavanceerde radarmethoden, deze structuur van zeer gelokaliseerde maar talrijke regio's met mogelijk ozonverlies vereist zorgvuldig gespecificeerde observatiestrategieën en systematisch toezicht om de basis te leggen voor nauwkeurige wekelijkse voorspellingen van ozonverlies."

De onderzoekers pleiten voor een uitgebreide karakterisering van de stratosfeer boven de centrale Verenigde Staten om ozonverlies op korte en lange termijn te voorspellen in verband met de toenemende frequentie en intensiteit van stormsystemen, hogere niveaus van atmosferische kooldioxide en methaan, en andere factoren.